1. 系统概述

矿用精准人员定位管理系统由济南福深兴安科技有限公司运用高科技手段开发研制。系统的核心识别设备采用了具有国际领先水平的超带宽UWB无线载波通信技术，使用TDOA（到达时间差）+TOF（飞行时间差）的方法测距位置，即采用“时间差+飞行时间”的方法计算测距位置，定位精度达到30cm,从而达到精确定位的效果。产品的性能和原来的微波技术相比得到了本质的改进，彻底解决了远距离、大流量、超低功耗、高速移动的标识物的识别和数据传输难题，同时也解决了中低频电磁波技术感应距离短、防冲突能力差的致命弱点。

矿用人员精确定位管理系统能够及时、准确的将井下各个区域人员及设备的动态情况反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员、设备的分布状况和每个矿工的运动轨迹，以便于进行更加合理的调度管理。当事故发生时，救援人员也可根据矿用人员精确定位管理系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的准确位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。

矿用人员精确定位管理系统是集井下人员考勤、跟踪定位、井下信息发布、灾后急救、日常管理等功能于一体的综合性管理系统,集合了国内识别技术、传输技术、软件技术等最顶尖的产品和技术，是目前国内技术最先进、运行最稳定、设计最专业化的井下人员定位系统。系统采用UWB技术，使用飞行时间计算，定位精度±30cm（无遮挡），从而达到精确定位的效果。这一科技成果的实现，将为煤矿企业提升安全生产和日常管理以及事故急救带来了新的契机。

2. 定位原理介绍

国内常规定位技术有WiFi定位、RFID定位、蓝牙定位、Zigbee、UWB定位等几种方式，这几种定位方式有什么不同，各有什么利弊，下面我们将详细分析这几种定位原理、优缺点以供贵单位参考。

首先我们要明确，WiFi定位、RFID定位、蓝牙定位、UWB定位只是数据传输方式不一样。用户选择WiFi定位标签称呼为WiFi定位，选择RFID定位标签，称呼为RFID定位，选择蓝牙ibeacon标签，称呼为蓝牙定位，用户选择UWB定位标签称呼为UWB定位。这里侧重定位原理和定位利弊分析WiFi定位、RFID定位、蓝牙定位、UWB定位。定位的效果取决于后台核心的定位算法，前端只是数据传输方式差异。

1. 常见六种定位系统技术对比

3. 技术基本原理

UWB（UltraWideband）是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。UWB技术是定位领域的一项新兴技术， UWB超宽带技术与传统通信技术有极大的差异，它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽。超宽带室内定位可用于各个领域的室内精确定位和导航，包括人和大型物品，例如贵重物品仓储、机器人运动跟踪、汽车地库停车等。与其他定位技术相比，它具有有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点，因此更适合于煤矿人员、车辆的精确定位。

本系统设计选择基于UWB技术，采用了非对称TWR  Asymmetric TWR 测距算法进行定位，提高定位的稳定性和精度。为了保证定位数据传输的安全性与稳定性，系统采用基于IEEE 802.15.4通信标准的无线传输网络（Wireless sensor network，WSN），组网与路由方案采用簇树网络拓扑结构，实现定位数据的点对点转发上传。

 无线超窄脉冲定位技术特点

传统的无线定位系统使用WiFi、蓝牙及Zigbee等技术，基于接收信号强度法（RSSI）来对标签位置进行粗略估计，定位精度低，且容易受到干扰，定位稳定性难以适应室内应用的要求。无线超窄脉冲基于超窄脉冲技术的无线定位技术，从根本上解决了这一问题。

无线超窄脉冲电磁波，使用脉冲宽度为ns级的无线脉冲信号作为定位载波，是无线定位领域的定位精度最高，性能最为稳定的技术。在频域上，由于其占用的频带较宽，且无线功率密度较低，对于其他的无线设备来说相当于噪声信号，不会对其造成干扰，也加强了自身的抗干扰性。无线定位系统基于超窄脉冲技术，成为国内领先的高精度无线定位产品

1. 系统功能

（一）监测

（1）系统具有携卡人员出/入井时刻、出/入重点区域时刻、出/入限制区域时刻等监测功能；

（2）具有识别携卡人员行进方向等功能；

（3）具有识别卡工作是否正常和每位下井人员携带一张唯一性检测功能；

（4）系统能对乘坐电机车等各种运输工具的携卡人员进行准确识别；

（5）能识别多个同时进入识别区域的识别卡。

（6）能够准确监测井下人员实际位置，区域内人员总数，并以文字及图形显示。

（7）具有工作面限员管理功能。

（二）管理

（1）系统具有携卡人员入井总数及人员、出/入井时刻、下井工作时间等显示、打印、查询等功能；

（2）具有超时人员总数及人员、超员人员总数及人员报警、显示、打印、查询等功能；

（3）具有携卡人员出/入重点区域总数及人员、出/入重点区域时刻、工作时间等显示、打印、查询等功能；

（4）具有超时人员总数及人员、超员人员总数及人员报警、显示、打印、查询等功能；

（5）具有携卡人员出/入限制区域总数及人员、出/入限制区域时刻、滞留时间等显示、打印、查询、报警等功能。

（6）具有特种作业人员等下井、进入重点区域、进入限制区域总数及人员、出/入时刻、工作时间显示、打印、查询等功能。

（7）具有工作异常人员总数及人员、出/入时刻及工作时间等显示、打印、查询、报警等功能。

（8）具有携卡人员下井活动路线显示、打印、查询、异常报警等功能。

（9）具有携卡人员卡号、姓名、身份证号、年龄、职务或工种、所在区队班组、主要工作地点、每月下井次数、下井时间、每天下井情况等显示、打印、查询等功能。

（三）存储和显示

（1）系统具有按部门、地域、时间、分站、人员等分类查询、显示、打印显示等功能。

（2）具有存储功能、具有汉字报表、初始化参数召唤打印功能；具有汉字显示和提示功能；

（3）具有列表显示功能；具有模拟动画显示功能；具有系统设备布置图显示功能；具有GIS图形设置及显示功能。

（4）具有数据库数据加密功能。

（四）备用电源

系统采用在不同的硬盘上进行自动数据备份；有备用电源。

（五）人机对话

系统具有人机对话、操作权限管理以及自诊断功能；系统主机具有自动双机切换功能。

（六）系统其他功能

系统具有软件自监视、软件容错功能，同时具有实时多任务功能，对参数传输、处理存储和显示等能周期地循环运行而不中断。

（1）实时井下人员动态显示功能

◇ 任一时间井下究竟有多少人，这些人都是谁；

◇ 查询一个或多个人员现在的井下实际位置；

◇ 记录有关人员在任一地点的到/离时间和总工作时间等一系列信息，可以督促和落实重要巡查人员（如：瓦斯检测人员）是否按时、到点的进行实地查看，或进行各项数据的检测和处理，从根本上尽量杜绝因人为因素而造成的相关事；

◇ 紧急呼救功能。

◇ 下传广播报警功能。

（2）网络共享功能

◇ 可实现多点共享，供多个领导同时在不同地点查看人员数据。

（3）丰富的地图功能

◇ 具有CAD图纸导入功能，三维显示、GIS图形功能，地图具有放大、缩小、移动、标尺测距、视野控制、中心移动、土层控制、地图打印等功能。

 （4）禁区报警功能

◇ 对于指定的禁区，如果有人员进入，实时声音报警，并显示进入禁区的人员。

（5）人员轨迹查询

◇ 可查找某个人在某个时间段内所经历的路径，并在图中画出线路轨迹。

（6）丰富的人员下井考勤能力

◇ 可对出入井人员进行统计，实现下井人员考勤记录，建立人员出入井的各种信息报表（如：下井时间报表、出勤月报表、加班报表、缺勤报表等）

（7）灾后急救信息

◇ 一旦发生各类事故，上位机上立即能显示出事故地点的人员数量、人员信息，人员位置等信息，大大提高抢险效率和救护效果。

（8）车辆及设备管理

◇ 车辆的出入统计、定位以及其他重要设备的具体位置。

（9）声光报警

◇ 120dB高分贝蜂鸣器和Φ10高亮度发光二极管闪烁报警。

◇ 识别卡具有求救功能，可通过读卡分站向地面主机发送求救信号。

（10）限员管理

◇可对具有冲击地压危险的采掘工作面进行限员，且具有超时报警功能。

◇可对指定区域内进行限员，并且具有超员超时报警功能

（11）展示功能

◇实时展示井下各水平、各采区、各工作面人员、设备的位置信息，采用具有精确三维坐标GIS平台。

（12）发射频率刷新率调整功能

◇可根据矿方要求调整识别卡信号发射频率。

（13）双机热备功能

系统主机具有双机切换功能。主机工作时，备用主机接受并存储监控信息，但对系统不具有控制功能；备用主机实时监测工作主机工作状态，当监测到工作主机异常时，自动转入工作状态，并使原工作主机进入备用状态。

（14）多网融合功能

根据国家标准及要求，可与矿山现有安全监控系统及广播通信系统实现三网联动功能。

（15）系统运行状态提示（自诊断功能）

1. 当系统内读卡器/分站出现故障，显示由绿色变成红色告警；

2. 当标识卡电量不足时，系统会提前提示该标识卡缺电，并发出告警信息；

3. 标识卡、读卡器、分站或基站的设置及定义；

4. 中心站软件自诊断，包括双机热备、数据库存储、软件模块通信。

5. 当井下交流供电中断时，系统提示直流供电报警，且图标变成黄色。

（七）数据联网上传功能

可根据上级集团公司、监管部门的要求及联网上传的通讯协议格式，生成数据上传格式，将数据上传至上级不同部门。